DE3141358A1

DE3141358A1 - Absperr- und drosselventil mit hohem stellverhaeltnis

Info

Publication number: DE3141358A1
Application number: DE19813141358
Authority: DE
Inventors: Rolf 3006 Burgwedel Daume
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1983-04-28

Description

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PATENTANWÄLTE ° ¹^ '

Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE · Dipl.³-Chem. Dr. RUDOLF WOLGAST

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Patentanmeldung Rolf Daume, Hermann-Löns-Straße 7, 3D06 Burgwedel 1 Absperr- und Drosselventil mit hohem Stellverhältnis

Die Erfindung betrifft ein Absperr- und Drosselventil bestehend aus einem in einem Rohrstück mit Einlaß- und Auslaßstutzen angeordneten Ventilsitz mit einer Anlagefläche für einen damit zusammenwirkenden Uentilkörper, der an einem aus dem Ventil druckdicht herausgeführten Stellorgan angeordnet und mit einer an den Ventilsitz angepaßten Kugelfläche versehen ist.

Bei bekannten Ventilen dieser Art ist am Ende des Stellorgans ein kugelförmiger Ventilkörper ausgebildet. Das Stellverhältnis solcher Ventile, d.h. das Verhältnis

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der Durchflüsse bei kleinstmöglicher und bei maximaler Öffnung, liegt üblicherweise bei 1 : 33 und kann bei sehr präzise bearbeiteten und dadurch aufwendigen Ventilen auf Werte von 1 : 50 bis 1 : 60 gesteigert werden.

Höhere Stellverhältnisse sind bei den bekannten Ventilen nur durch mehrstufige Ausbildung zu verwirklichen, die ebenfalls aufwendig in der Herstellung ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, was bei möglichst einfachen Bauformen ein hohes Stellverhältnis hat.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ventilsitz eine in Durchströmungsrichtung hinter der Anlagefläche verlaufende Verlängerung mit einer erweiterten Bohrung aufweist, die sich bei geschlossener Stellung des Ventils in Durchströmungsrichtung über die Mitte der Kugelfläche hinaus erstreckt und zusammen mit dieser einen Drosselspalt bildet.

Durch den der Anlagefläche praktisch unmittelbar nachgeschalteten Drosselspalt werden in einfachster Weise und in einstufiger Ausführung Stellverhältnisse im Bereich bis 1 : 1000 erreicht, wobei das e„rfindungsgemäße Ventil die zusätzlichen Vorteile hat, daß am Ventilsitz nicht der gesamte Druck, sondern nur ein Teildruck abfällt, so daß der Ventilsitz erheblich geringeren Abnutzungen beim Durchtritt des Mediums ausgesetzt ist, und daß das Ventil sehr rasch geschlossen werden kann, ohne daß dabei ein "Flüssigkeitsschlag" auftritt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

Unteransprüchen gekennzeichnet. 35

Dabei besteht ein besonderer Vorteil in den einfachen Bauformen des erfindungsgemäßen Ventils, da solche Bauformen ohne Schwierigkeiten auch bei nicht oder nur schwer zerspanend bearbeitbaren Werkstoffen wie Sintermetallen oder Keramik zu verwirklichen sind, die bei stark korrodierenden Medien eingesetzt werden können und dadurch eine erhebliche Zunahme in der Standzeit der Ventile ermöglichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend an Hand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben* Es zeigen ,

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absperr- und Drosselventils;

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine modifizierte

Ausführungsform des Ventils nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine mehrstufige Ausführung des erfindungsgemäßen

Absperr- und Drosselventils und 25

Fig. 4 ein Kv-Diagramm eines Ventils nach Fig.

Fig. 1 zeigt ein Rohrstück mit einem Einlaßstutzen

und einem Auslaßstutzen 2, die mit Rinqflanschen ver-30

sehen sind, und dazwischen einen in eine Halterung in dem Rohrstück eingepaßten Ventilsitz 3. Seitlich ist das Rohrstück mit gegenüberliegenden Anschlußstutzen versehen, die mit Flanschdeckeln 4 abdichtend abgeschlossen sind. Der gegenüber der stromabwärtigen Öffnung des Ventilsitzes 3 befindliche Flanschdeckel 4 trägt eine nicht

dargestellte Betätigungseinrichtung, von der ein Stellorgan 5 durch eine druckdichte Durchführung in das Innere des Ventils verläuft. Am Ende des Stellorgans 5 befindet sich ein zylinderförmiger Ventilkörper 6, der in einer Führungsbuchse 7 des Anschlußstutzens geführt ist und an dessen freiem Ende eine über ca. 180 verlaufende Kugelfläche 8 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 3 hat eine seinen Durchtrittsquerschnitt bestimmende Durchbohrung 9, die in einer ringförmigen Anlagefläche 10 endet, mit der die Kugelfläche 8 des Ventilkörpers 6 zusammenwirkt. Stromab von der Anlagefläche 10 erstreckt sich eine Verlängerung 11 mit einer gegenüber der Durchbohrung 9 erweiterten Bohrung, die sich bei geschlossener Stellung des Ventilkörpers 6 in Durchströmungsrichtung über die Kugelfläche 8 hinweg erstreckt und mit dieser zusammen einen Drosselspalt 12 bestimmt.

Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführung des in Fig. 1 dargestellten Ventils. Diesem gleiche Teile sind darin mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 lediglich durch die Form des Ventilkörpers; nur dieser Teil des Ventils ist in Fig. 2 in geschlossener Stellung dargestellt. Der am freien Ende des Stellorgans 5 angeordnete Ventilkörper bildet darin eine über ca. 300 verlaufende Kugelfläche 13, und die Verlängerung 11 des Ventilsitzes 3 erstreckt sich in der geschlossenen Stellung des Ventils in stromabwärtiger Richtung über die Mitte der Kugelfläche 13 hinaus und bestimmt mit dieser einen Drosselspalt 12.

Die vorstehend beschriebenen Ventile arbeiten wie folgt: 35

Beim Öffnen des Ventils tritt nur eine allmähliche Zunahme des Durchflusses auf, da der Drosselspalt 12 nur relativ geringe Durchflüsse zuläßt. Das hat zunächst den Vorteil, daß beim Abheben der Kugelflächen 8,13 von der Anlagefläche 10 nicht der gesamte Druckabfall am Ventilsitz 3 wirksam wird und dieser gegen vorzeitige Abnutzung geschützt ist. Besonders vorteilhaft ist, daß sich das Ventil über einen großen Bereich und gerade auch im Bereich von kleineren Durchflußströmungen sehr genau einstellen läßt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Drosselspalt 12 auch dann wirksam bleibt, wenn sich die Kugelflächen 8,13 vollständig von der Anlagefläche 10 gelöst haben. Mit zunehmender Öffnungsbewegung des Stellorgans 5 treten schließlich die Kugelflächen 8,13 aus der Verlängerung 11 aus, so daß der Drosselspalt 12 immer weniger wirksam wird. Es ergibt sich auf diese Weise ein Stellverhältnis bis in Bereiche von ca. 1 : 1000, wobei über den gesamten Durchflußbereich eine genaue und reproduzierbare Einstellung des Durchflusses möglich ist. Dies ergibt sich aus dem in Fig. 4 wiedergegebenen Kv-Diagramm für das Ventil nach Fig. 1, das in gleicher Form für das Ventil nach Fig. 2 erhalten wird. Darin ist die Kennzahl Kv als Funktion des Hubes, jeweils in ?ό des Maximalwertes, aufgetragen; diese Kennzahl ist durch die folgende Gleichung bestimmt

Q. = Kv

in der Q den Durchfluß in m /h, Δ ρ den Druckabfall am Ventil und »y die Dichte des durch das Ventil hindurchfließenden Mediums bezeichnen. In einer entsprechend vergrößerten Darstellung ist der Verlauf der (gemessenen) Kurve bei geringen Kv-Werten besser erkennbar. Beim Schließen des Ventils findet ebenfalls kein abrupter Schließvorgang statt, sondern der Durchfluß durch das

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Ventil wird zunächst durch den Eintritt der Kugelfläche bzw. 13 in die Verlängerung 11 verringert,und erst nach der Einführung der Kugelfläche 8 bzw. 13 in die Verlängerung 11 bzw. nach vollem Wirksamwerden des ° Drosselspalts 12 erfolgt die Schließung. Dabei ist der Durchfluß bereits stark vermindert, so daß die Erscheinung des "Flüssigkeitsschlags" beim Auftreffen der Kugelfläche 8 bzw. 13 auf die Anlagefläche 10 und entsprechend starke Beanspruchungen der Ventilteile vermieden werden.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten einstufigen Ventile sind nicht für sehr hohe Differenzdrucke geeignet. Fig. 3 zeigt in einem Teilschnitt eine zweistufige Ausführung des Ventils. Der zweistufige Ventilsitz 20 besteht aus einem rohrförmigen Bauteil, an dessen einem Ende ein erster Ventilsitz 22 und an dessen anderem Ende ein zweiter Ventilsitz 23 ausgebildet ist und der wie der Ventilsitz 3 in das Rohrstück eingepaßt ist,

20

das in Fig. 3 nur andeutungsweise dargestellt ist. Das Stellorgan 25 trägt an seinem freien Ende einen Ventilkörper 26, der in einer Führungsbuchse 27 eines seitlichen Anschlußstutzens geführt ist. Der erste Ventilsitz 22 wirkt mit einer an dem Ventilkörper 26

25

ausgebildeten ersten Kugelfläche 28 zusammen, die sich

über ca. 120° erstreckt. Der zweite Ventilsitz 23 hat eine seinen Durchtrittsquerschnitt bestimmende Durchbohrung 29, die in einer ringförmigen Anlagefläche 30 endet, von welcher eine Verlängerung 31 mit einer

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gegenüber der Durchbohrung 29 erweiterten Bohrung ausgeht.

An dem Ventilkörper 26 ist eine zweite Kugelfläche 33 ausgebildet, die sich über einen Winkel von ca. 300 er-35

streckt; in der geschlossenen Stellung des Ventils verläuft die Verlängerung 31 über die Mitte der zweiten Kugelfläche 33 hinweg und bestimmt mit dieser zusammen

einen Drosselspalt 32. Die erste und zweite Kugelfläche und 33 sind durch ein Übergangsstück 34, das in axialer Richtung des Stellorgans 25 verläuft, verbunden; der ganze Ventilkörper 26 kann aus einem Stück gebildet sein.

An die Verlängerung 31 schließt sich ein erweiterter, zwischen den beiden Ventilsitzen 22,23 ausgebildeter Zwischenraum 35 an.

Das in Fig. 3 dargestellte zweistufige Ventil arbeitet in gleicher Weise wie das vorstehend beschriebene erste Ventil und hat das gleiche Kv-Diagramm.

Der Ventilsitz 3,20 und die Ventilkörper 6,26 mit den Kugelflächen 8,13,28,33 bestehen aus Sintermetall oder Keramik. Sie können durch ihre einfache Bauform ohne Schwierigkeiten bzw. ohne großen Aufwand aus diesem Werkstoff gefertigt werden, weil dazu keine zerspanende Bearbeitung notwendig ist, die bei diesem Werkstoff nicht angewandt werden kann. Dabei kann der Ventilsitz aus einem Material hergestellt werden, das eine etwas größere Härte als der Ventilkörper 6 bzw. 26 hat.

Claims

Patentanspruchs

[1.JAbsperr- und Drosselventil bestehend aus einem in einem Rohrstück mit Einlaß- und Auslaßstutzen angeordneten Ventilsitz mit einer Anlagefläche für einen damit zusammenwirkenden Ventilkörper, der an einem aus dem Ventil druckdicht herausgeführten Stellorgan angeordnet und mit einer an dem Ventilsitz angepaßten Kugelfläche versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (3,20) eine in Durchströmungsrichtung hinter der Anlagefläche (10,30) verlaufende Verlängerung (11,31) mit einer erweiterten Bohrung aufweist, die sich bei geschlossener Stellung des Ventils in Durchströmungsrichtung über die Mitte der Kugelfläche (8,13,33) hinaus erstreckt und zusammen mit dieser einen Drosselspalt (12,32) bildet.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (6,26) allgemein zylindrisch ausgebildet und an einem Ende mit einer Kugelfläche (8,13)

versehen ist.
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3. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Ventilsitz (22,23) und ein Ventilkörper (26) mit einer ersten und einer zweiten, dem jeweiligen Ventilsitz zugeordneten Kugelfläche (28 bzw. 33) vorgesehen sind, die durch ein Übergangsstück (34)

in einer Zwischenkammer (35) zwischen dem ersten und zweiten Ventilsitz (22,23) verbunden sind.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (6,26) und der Ventilsitz (3,22,23) aus einem nicht oder nur schwierig zerspanend bearbeitbaren Werkstoff bestehen.